在節(jié)能、環(huán)保的大背景下，汽車、飛機、船舶逐漸向輕量化的方向發(fā)展，以鋁合金為的輕合金由于具有密度低、比剛度高、耐腐蝕性強、加工性能好等優(yōu)良特性，逐步取代鋼鐵成為了運輸機械的主要結(jié)構(gòu)材料。隨著2xxx系和7xxx系等高性能鋁合金的相繼問世，各國都在大力推動鋁合金加工成形技術(shù)的研究與發(fā)展。在鋁合金結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)焊接過程中，由于其熱膨脹系數(shù)大，焊接時極易產(chǎn)生變形，為了防止變形，在施工現(xiàn)場，必須采用胎卡具固定，同時由培訓(xùn)過的熟練工人進行操作。且鋁合金極易被空氣氧化，焊接之前需要對外表進行去膜處理，焊接過程中需要利用氬氣等惰性氣體進行保護，鋁合金在焊接過程中容易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋等缺陷。對于熱處理型鋁合金來說，必須防止在焊接時熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化，強度降低的問題。為了解決鋁合金焊接時出現(xiàn)以上的問題，研究人員提出了一種新的固相焊接方法：攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源的一種固相焊接方法，攪拌摩擦焊接過程如圖3所示，在進行攪拌摩擦焊接時，首先將焊件固定在工作平臺上，兩焊件之間盡量無間隙，然后，焊頭高速旋轉(zhuǎn)并將焊針鉆入焊件的接縫處，直至軸肩與焊件表面緊密接觸，焊針高速旋轉(zhuǎn)，焊針與其周圍母材摩擦產(chǎn)生的熱量和焊頭的軸肩與焊件表面摩擦產(chǎn)生的熱量共同作用，接縫處材料溫度升高且軟化，同時，攪拌摩擦焊頭邊旋轉(zhuǎn)邊沿著接縫與焊件作相對運動，焊頭前面的材料發(fā)生強烈的塑性變形。隨著攪拌焊頭向前移動，前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后。在攪拌焊頭與焊件表面摩擦生熱和鍛壓共同作用下，形成致密牢固的固相焊接接頭。攪拌摩擦焊(FSW)焊接接頭的微觀組織與力學(xué)性能有著緊密聯(lián)系，根據(jù)塑性變形程度和熱作用的不同可以將焊接區(qū)域劃分為四個區(qū)域：焊核區(qū)(nuggestzone, NZ)、熱力影響區(qū)(thermo-mechanicallyaffected zone, TMAZ)、熱影響區(qū)(heataffected zone,HAZ)和母材區(qū)(basedmaterial,BM)。如圖4所示，D區(qū)域為焊核區(qū)，該區(qū)域位于焊縫中心靠近攪拌針插入的位置，經(jīng)歷了高溫、應(yīng)變后，焊核的中心發(fā)生了強烈的變形。應(yīng)變導(dǎo)致焊核區(qū)在焊接過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，并導(dǎo)致該區(qū)出現(xiàn)高密度的沉淀相，從而有利于抑制焊接過程中晶粒的長大。焊核區(qū)一般由細小的等軸再結(jié)晶組織構(gòu)成。在焊接過程中，材料與攪拌針之間的相互作用導(dǎo)致焊核區(qū)出現(xiàn)同心環(huán)(洋蔥環(huán)組織)。C區(qū)為熱力影響區(qū)，該區(qū)域是一個過渡區(qū)域，材料已產(chǎn)生了一定程度的塑性變形，同時又受到了焊接溫度場的影響。B區(qū)為熱影響區(qū)，該區(qū)域的材料因受焊接熱循環(huán)的影響，微觀組織和力學(xué)性能均發(fā)生了改變，但該區(qū)域材料沒有產(chǎn)生塑性變形，其組織與母村組織無明顯的區(qū)別，只是消除了方向性很強的柱狀晶結(jié)構(gòu)，熱影響區(qū)的寬度比熔焊時窄很多。D區(qū)為接頭中無熱作用也無塑性變形的母材區(qū)。
優(yōu)點：
1.焊縫質(zhì)量好。焊縫是在塑性狀態(tài)下受擠壓完成的，屬于固相焊接，因而其接頭不會產(chǎn)生與冶金凝固有關(guān)的一些如裂紋、夾雜、氣孔以及合金元素的燒損等熔焊缺陷和脆化現(xiàn)象，焊縫性能接近母材，力學(xué)性能優(yōu)異。
2.不需焊絲和保護氣氛。焊接時無需填充材料、保護氣體，焊前無需對焊件表面預(yù)處理，焊接過程中無需施加保護措施，厚大焊件邊緣不用加工坡口，簡化了焊接工序。焊接鋁合金材料不用去氧化膜，只需去除油污即可。
3.焊件尺寸精度高。由于攪拌摩擦焊為固相焊接，其加熱過程具有能量密度高、熱輸入速度快等特點，因而焊接變形小，焊后殘余應(yīng)力小。在保證焊接設(shè)備具有足夠大的剛度、焊件裝配定位精確以及嚴格控制焊接參數(shù)的條件下，焊件的尺寸精度能夠達到很高的水平。
4.綠色焊接。攪拌摩擦焊焊接過程不產(chǎn)生弧光輻射、煙塵和飛濺，噪聲低，實現(xiàn)了焊接過程的環(huán)?；蚨鴶嚢枘Σ梁副环Q為“綠色焊接方法”。


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